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功能蛋白酶的来源分类及在宠物饲料中的应用

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2024-10-11 03:28

概述：功能蛋白酶，特别是微生物来源的酶，因其在洗涤、皮革等领域的重要性和商业化优势，在全球市场占据主导地位。在宠物饲料中，蛋白酶被用于提高肉骨粉利用率，通过酶解技术改善宠物食品的营养价值和消化吸收。研究和应用不断推进，如酶解技术优化、酶的分类与选择等。

01 导读蛋白酶能够在较宽的pH和温度范围内将蛋白质肽链水解成可溶的短肽和游离氨基酸，在各种表面活性剂、氧化剂、漂白剂、增白剂和有机溶剂等体系中具有稳定性，对洗涤、皮革、纺织、饲料、食品和医药等领域的发展有着重要的意义。蛋白酶来源丰富，包括动物、植物和微生物，其中，微生物由于其生长周期短、成本低，可以连续供应所需的产品，己成为蛋白酶商业化的首选。微生物蛋白酶几乎占据着全球商业蛋白酶三分之二的市场。在工业酶中，蛋白酶是占比最大的工业生物催化剂，根据 MarketsandMarkets的数据，2020年世界工业酶市场价值为59亿美元，预计到2026年将达到87亿美元，年复合增长率为6.5%。预计到2027年，全球蛋白酶市场的规模将达到27亿美元，中国作为世界第二大经济体，其市场规模预计将达到5.505亿美元，年复合增长率为7.6%；其他国家，比如日本和加拿大，预计在2020年至2027年期间，年复合增长率分别为2.7%和4.4%，而德国预计将以约3%的复合年增长率增长。随着酶在食品和饮料行业的应用的发展，预计到2026年食品部门将占领市场的最大份额。另外，随着对蛋白酶需求的不断增加，蛋白酶相关研究至关重要。 02 功能蛋白酶的微生物来源 目前产蛋白酶的微生物包括细菌、真菌以及放线菌，它们可利用不同的底物产生不同功能的蛋白酶。微生物菌株所生产蛋白酶的种类主要取决于生产环境，如，在屠宰场、肉类和家禽加工厂的土壤，由于细菌的生长周期短、对生长环境要求低、代谢过程特殊以及蛋白酶活性高，因此从这些环境中筛选的微生物被广泛应用在工业中。一般来讲，细菌生产蛋白酶的最适pH为6.0~9.0、最适温度为30~50℃。芽孢杆菌属因其较强的蛋白酶分泌能力，目前已成为蛋白酶最重要的细菌来源。真菌是最早被发现可以生产蛋白酶的菌株，一些非致病性真菌生产的蛋白酶应用十分广泛，如黑曲霉、寄生曲霉、金孢属、石膏小孢子菌以及镰刀菌等。虽然一些真菌可以分泌蛋白酶，但是会破坏人体以及动物的皮肤外层角蛋白，引发疾病，因此限制了这些致病菌株的商业应用。在放线菌中同样有可以产生蛋白酶的菌株，包括链霉菌属和热放线菌属CDF。链霉菌属AB1产生的蛋白酶可完全降解羽毛，并且对洗涤剂和有机溶剂都表现出较强的稳定性和较高的耐受性。表1总结了目前商业蛋白酶的种类、来源、反应条件和应用范围等。 表1 商业蛋白酶

03 蛋白酶的分类 由于蛋白酶来源广泛，理化性质也不尽相同，根据功能及催化特性、pH 特性或催化作用位点的不同，蛋白酶可以被分成不同的类型，如下所示：按照功能及催化特性：天冬氨酸蛋白酶(A)，半胱氨酸蛋白酶(C)，谷氨酸蛋白酶(G)，金属蛋白酶(M)，天冬酰胺酸蛋白酶(N)，混合蛋白酶(P)，丝氨酸蛋白酶(S)，苏氨酸蛋白酶(T)，未知功能的蛋白酶(U)。按照pH特性：酸性蛋白酶，中性蛋白酶，碱性蛋白酶。按照作用位点：内肽酶，外肽酶。 04 蛋白酶在宠物饲料中的应用 宠物食品生产加工中常用肉骨粉替代鲜肉，降低生产难度和生产成本。使用肉骨粉做宠物饲料配料可以提高资源利用率，且宠物饲料营养全面。张建斌等等利用风味蛋白酶和复合蛋白酶双酶分步水解鲶鱼鱼骨和鸡肝，酶解产物加入葡萄糖和甘氨酸进行美拉德反应，调节产品pH值和颜色，最终研发出1种风味鲜香的宠物食品配料。张建斌等在羊肉粉的加工中使用中性蛋白酶，酶解可以使羊碎肉中蛋白转化为可溶性肽类，提高蛋白质利用程度。叶丽秀等以酶解法处理鱼内脏，确定鱼内脏酶解工艺和使用鱼内脏酶解液生产宠物食品的加工工艺。其中酶解工艺为酶解温度50℃、酶添加量0.6%、料液比1.0：1.5、水解时间2.5h、复合酶中木瓜蛋白酶：风味蛋白酶=1.0：2.0。

汪洋在猫粮中添加蛋白酶酶解过的鹌鹑肉，发现鹌鹑肉相较传统鸡肉和鱼肉蛋白含量更高，必需氨基酸含量多，脂肪含量少，且酶解后鹌鹑肉更易消化吸收，适合用于猫粮生产。张益等发明1种含酶解鸡肉物的宠物食品，该食品有助于宠物健康成长。相较传统宠物粮肉类原料，酶处理后的原料肉消化吸收率更高，营养利用更充分，更适合用作宠物食品配料。高利肖等使用酶解羽毛粉替代犬粮中饲喂部分鸡肉粉，发现少量(2%~3%)添加酶解羽毛粉不会影响犬体重，但添加5%时犬体重下降，说明酶解羽毛粉可以少量替代其他蛋白原料用于宠物食品生产。

部分来源：周北雅等《功能蛋白酶催化及应用进展》，仅用于学习交流用。